Question

如圖甲所示，質(zhì)量為m=50g，長l=10cm的銅棒，用長度亦為l的兩根輕軟導線水平懸吊在豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度B=1/3T．未通電時，輕線在豎直方向，通入恒定電流后，棒向外偏轉(zhuǎn)的最大角度θ=37°，求此棒中恒定電流的大小．
同學甲的解法如下：對銅棒進行受力分析，通電時導線向外偏轉(zhuǎn)，說明安培力方向垂直電流和磁場方向向外，受力如圖乙所示（側視圖）．
當最大偏轉(zhuǎn)角θ=37°時，棒受力平衡，有：tanθ==
∴I==A=11.25A
同學乙的解法如下：銅棒向外偏轉(zhuǎn)過程中，導線拉力不做功，如圖丙所示．
F做功為：W_F=FS₁=BIl?lsin37°
重力做功為：W_G=-mgS₂=-mgl（1-cos37°）
由動能定理得：BIl²sin37-mgl（1-cos37°）=0
∴I==A=5A
請你判斷，他們的解法哪個正確？錯誤的請指出錯在哪里．

Answer 1

【答案】分析：同學甲的解法，將偏轉(zhuǎn)最大角度當作平衡狀態(tài)，是錯誤的；同學乙根據(jù)動能定理求解是正確．
解答：解：乙同學的解法正確，甲同學的錯誤．
錯誤原因：認為物體速度為零時，一定處于平衡狀態(tài)，或者認為偏角最大的是平衡位置．
因為在最大偏角處，銅棒受到重力mg、安培力F和細線的拉力T，雖然銅棒的速度為零，但受力并不平衡，類似于單擺，三個力的合力沿圓弧的切線方向．所以甲同學解答不正確．
由于安培力F是恒力，可以根據(jù)功的公式求其做功，F(xiàn)做功為：W_F=FS₁=BIl?lsin37°，對于偏轉(zhuǎn)過程，對銅棒運用動能定理列式是可以求出I的．
點評：本題要求們學生觀察是否仔細，考慮問題要全面深刻，可用單擺進行類比，分析最大偏角與平衡狀態(tài)的關系．